EP0726823B1 - Verfahren zum innenhochdruck-umformen von hohlen, abgesetzten wellen aus kaltumformbarem metall - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen von hohlen abgesetzten Wellen aus kaltumformbarem Metall nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie es beispielsweise aus der EP-A- 0497 438 bekannt ist.

Allgemein wird beim Innenhochdruck-Umformen ein Rohrabschnitt mit gerader oder nicht gerader Längsachse durch gleichzeitige Wirkung von Innendruck Pi und Axialkraft Pa umgeformt. Einige Innenhochdruck-Umformverfahren sind z.B. im Tagungsband des 14. Umformtechnischen Kolloquiums in Hannover 1993 auf S. 9 genauer beschrieben.

Das Innenhochdruck-Umformen üblicher hohlwellenförmiger Werkstücke erfolgt üblicherweise entsprechend Fig. 1 und 2 in zwei Umformphasen. Nach dem Füllen der Rohre erfolgt zuerst das Aufweiten. Hier gelten die Gesetzmäßigkeiten der freien, d.h. Werkzeugungebundenen Aufweitung. Die Rohroberfläche ist gewölbt, der am Ende dieser ersten Umformphase entstehende Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug erstreckt sich zunächst nur über einen Teilbereich der Werkstückfläche. In der weiteren Umformphase wird das Werkstück durch Kalibrieren zur vollständigen Anlage an die Innenform des Formwerkzeug gebracht. Der Wanddickenverlauf im Längsschnitt von Hohlwellen, die auf diese Weise erzeugt wurden, liegt in der Regel bei ca. 15% von der Ausgangswanddicke So der Rohrabschnitte (Fig. 3). Der Wanddickenverlauf ist in erster Linie abhängig von der Dehnungs fähigkeit der Rohrmaterialien. Die freie Aufweitlänge bzw. Knickgrenze beträgt bei den bislang bekannten Innenhochdruck-Umformverfahren max. 2xdo, wobei do der Durchmesser der Ausgangsrohres ist.

Das Dokument US-A-4,730,474 offenbart ein Verfahren zum Abbauen von Restspannungen in einem Metallrohr. Hierzu wird ein Rohr durch Aufbringen einer axialen Drucklast in Längsachsenrichtung verformt, wobei ein gegenüber dem Innenhochdruck beim Umformen verringerter Druck eines Fluids im Inneren des Metallrohrs aufgebracht wird, um die Reibung zwischen dem Umformwerkzeug und der Außenfläche des Rohres zu verringern.

Die europäische Patentanmeldung EP-A 497 438 offenbart ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von rohrförmigen, hohlen Profilen. Hierbei wird ein bereitgestelltes Rohr mit Fluid gefüllt und abgedichtet. Durch dieses Fluid wird ein geeigneter Innenhochdruck zum Aufweiten des Rohrabschnitts aufgebracht, wobei gesteuert bewegbare Innenwerkzeuge zum Aufbringen einer Abstützkraft auf den aufzuweitenden Rohrabschnitt vorgesehen sind. Gemäß der Lehre dieses Dokuments werden die Innenwerkzeuge nach Überschreiten der Fließgrenze des Materials gesteuert nach außen bewegt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein verbessertes Innenhochdruck-Umformverfahrens zu schaffen, das es erlaubt, anspruchsvolle Hohlwellen herzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für solche Hohlwellen, wie sie z.B. in der Anmeldung DE 40 07 284 A1 beschrieben sind. Hier handelt es sich z.B. um Antriebswellen eines Kraftfahrzeugs mit einem mittleren Rohrbereich größeren Außendurchmesser mit dünner Wandstärke und beiderseitig ausgebildeten Endbereichen mit dicker Wandstärke. Die Wanddickenunterschiede an diesen Wellen und die freie Aufweitlänge übersteigen die bislang beim Innenhochdruckumformen bekannten Verfahrensgrenzen um ein Vielfaches.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden u.a. folgende Vorteile erzielt:

1. Herstellung von Hohlwellen mit Wanddickenverlauf im Längsschnitt mit Wanddickenunterschieden von weit mehr als 15% bezogen auf S_o.

2. Herstellung von Hohlwellen mit einer Aufweitlänge von weit mehr als 2xdo.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1

ein schematisches Innenhochdruckverfahren;

Fig. 2

eine Folge von Verfahrensschritten zur Herstellung eines teilweise aufgeweiteten Rohrs

Fig. 3

den Wanddickenverlauf eines aufgeweiteten Rohrs,

Fig. 4

ein Beispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Gegenstandes und

Fig. 5

schematisch einen anschließenden Verfahrensschritt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, wird ein Verfahrensprodukt gemäß Fig. 4 dadurch herstellt, daß zunächst das Rohr mit einen Fluid, das auch ein Gas oder eine hochflüchtige Flüssigkeit sein kann, gefüllt. Anschließend erfolgt das Aufweiten durch Abdichten der Rohrenden in an sich bekannter Weise und Aufbringen eines Innenhochdrucks. Nach dem Aufweiten in Phase 1 und Kalibrieren des Hohlkörpers in Phase 2 wird in Phase 3 der hohe Kalibrierdruck aufrechterhalten bzw. noch gesteigert.

Erfindungsgemäß wird nun, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, ein Aufstauchen des geformten langen Rohrs durchgeführt.

Der erste Teil der Aufgabe wird dadurch gelöst, daß den zwei Umformphasen eine dritte entsprechend Fig. S hinzugefügt wird. Nach dem Aufweiten in Phase 1 und Kalibrieren in Phase 2 wird in Phase 3 der hohe Kalibrierdruck aufrechterhalten bzw. noch gesteigert. Dieser hohe Innendruck ermöglicht ein Aufeinanderzuschieben der Rohrenden ohne Faltenbildung in der Rohrwand. Es erfolgt zwangsläufig ein Auf stauchen der Wand der Werkstücke im Aufnehmerbereich um nahezu beliebige Beträge. Ein solcher Vorgang läßt sich durch entsprechende Steuerungstechnik der Umformmaschine realisieren. Eine geeignete Rohrwanddicke So muß gewählt werden, um die optimale Wanddickenabstufung des dünneren Aufweitbereiches und des dicken Endbereichs zu erzielen.

Der zweite Teil der Aufgabe wird durch werkzeugtechnische Maßnahmen gelöst (Fig. 6). Abstützelemente im Werkzeug, die auch gefedert sein können, verhindern das Ausknicken der langen Rohrwellen. Je nach Länge der Rohrwellen müssen ein oder mehrere Elemente in Werkzeug-Längsrichtung angeordnet werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen von hohlen abgesetzten Körpern aus kaltumformbarem Metall, mit den folgenden Schritten:

   a) Einfügen eines Rohrausgangsteils mit einer vorbestimmten Wanddicke (So) in ein Werkzeug, welches mit Innenwerkzeugen zum Abstützen des umzuformenden Rohrausgangsteils versehen ist,

   b) Abdichten des auf zuweitenden Rohrabschnitts;

   c) Füllen des Rohrausgangsteils mit Fluid;

   d) Aufbringen eines zum Aufweiten des Rohrabschnitts geeigneten Innenhochdrucks;

   e) Kalibrieren des Werkstücks durch Aufbringen eines hohen Kalibrierdrucks;
   dadurch gekennzeichnet, daß
   zum Ausbilden von hohlen Wellen mit einem auf bis zu zwei mal dem Durchmesser des Endabschnitts aufgeweiteten inneren Abschnitt
   die folgenden Schritte vorgesehen sind:

   f) Aufrechterhalten oder Erhöhen des Kalibrierdrucks unter Anstauchen des Rohrs in Längsachsenrichtung, und dadurch

   g) Erhöhen der Wanddicke des Rohres zumindest an gegenüberliegenden Seiten des auf geweiteten Rohrabschnitts derart, daß sie größer als die Wanddicke (So) des Rohrausgangsteils wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwerkzeuge gefederte Werkzeuge sind.

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